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Giorgio Matteo VITETTA

Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: Learning in Communications

Electronics Engineering - Ingegneria Elettronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2022)

Obiettivi formativi

Le scoperte nel moderno apprendimento automatico stanno causando trasformazioni fondamentali in tutte le aree della scienza e della tecnologia. I sistemi di comunicazione non fanno eccezione. L'obiettivo di questo corso sarà quello di esplorare le connessioni tra i sistemi di comunicazione e l'apprendimento automatico. Esploreremo le potenziali applicazioni dei moderni strumenti di machine learning, in particolare il deep learning, nei sistemi di comunicazione. Parallelamente, le tecniche di apprendimento automatico vengono sempre più implementate ai margini della rete wireless, in particolare per le applicazioni Internet of Things. Esploreremo anche come gli attuali sistemi di comunicazione possono essere adattati per soddisfare i requisiti di tali applicazioni, che sono molto diverse dal traffico di rete convenzionale.

Prerequisiti

Conoscenze di base relative ai sistemi di comunicazione.

Programma del corso

1. Introduzione al corso: recenti progressi nell'apprendimento automatico, recenti sviluppi e tendenze nei sistemi di comunicazione wireless, applicazione dell'apprendimento automatico nei sistemi di comunicazione (0,5 crediti).

2. Breve panoramica delle tecniche di apprendimento automatico: cos'è l'apprendimento automatico, l'apprendimento supervisionato, non supervisionato, per rinforzo (0,5 crediti).

3. Breve panoramica dei sistemi di comunicazione: livelli di rete, comunicazioni a livello fisico, codifica e modulazione, altre applicazioni (localizzazione, radar, ecc.) (0,5 crediti).

4. Panoramica delle tecniche di regressione lineare, classificazione lineare, regressione logistica e discesa del gradiente (0,75 crediti).

5. Panoramica delle macchine vettoriali di supporto e loro potenziale applicazione ai problemi di comunicazione (0,75 crediti).

6. Introduzione ai metodi di kernel (0,75 crediti).

7. Apprendimento non supervisionato: clustering, k-means, PCA (0,75 crediti).

8. Applicazioni: classificazione della modulazione, rivelazione MIMO, decodifica dei canali, autoencoder per i sistemi di comunicazione: codifica profonda congiunta di sorgente e di canale, stima e feedback del canale MIMO supportati dall'apprendimento profondo, reti generative avversarie per la modellazione dei canali, apprendimento federato/distribuito alla periferia wireless (1,5 crediti).

Metodi didattici

Per l'insegnamento sono stati utilizzati sia l'insegnamento online che le lezioni video registrate.

Testi di riferimento

Materiale fornito dal docente.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione del corso ha due componenti, un esame che valuta aspetti teorici e un progetto di classe. Gli studenti possono formare team per il progetto di classe e ogni team sceglie una recente applicazione dell'apprendimento automatico nei sistemi di comunicazione, legge documenti pertinenti ed esegue alcune simulazioni che illustrano risultati e confronti con schemi alternativi. Sebbene non ci si aspetti che gli studenti ottengano nuovi risultati, dovrebbero mostrare una buona comprensione degli strumenti e dell'applicazione e dovrebbero fornire risultati di simulazione diversi da quelli già disponibili nei documenti.

Risultati attesi

1) Una comprensione generale dei problemi di apprendimento automatico e delle tecniche più comuni per l'apprendimento supervisionato e non supervisionato

2) Potenziale applicazione delle tecniche di apprendimento automatico nei problemi di comunicazione: in quali problemi le tecniche di apprendimento automatico possono fornire risultati migliori rispetto ai sistemi all'avanguardia, come combinare gli strumenti di successo esistenti con approcci di apprendimento automatico e i limiti degli strumenti di apprendimento automatico nei problemi di comunicazione.

3) Qualche esperienza con la codifica e con l'implementazione di alcune delle tecniche di apprendimento automatico apprese nei problemi di comunicazione.